Cytologia

1. SKŁAD CHEMICZNY KOMÓRKI
W skład organizmów żywych wchodzą pierwiastki (makro-, mikro- i ultraelementy), które budują związki nieorganiczne (woda i sole mineralne) oraz związki organiczne (cukrowce, tłuszczowce, białka i kwasy nukleinowe).

Skład chemiczny organizmów żywych (w %)
Składniki Rośliny Zwierzęta Człowiek
woda 75,0 60,0 65,0
związki mineralne 2,0 4,0 2,0
cukrowce 18,0 5,8 2,0
tłuszczowce 0,5 11,0 10,0
białka 4,0 19,0 20,0
kwasy nukleinowe 0,5 0,2 1,0

1. Skład pierwiastkowy:
· makroelementy to C, H, N, O, P, S (pierwiastki biogenne) oraz K, Na, Ca, Mg, Cl.
· mikroelementy: Fe, Cu, Zn, Mn, Mo, Co, B, J, F, Se, Si.
· ultraelementy: Au, Ag, Hg, (czasami: Cd, Pb).
Większość pierwiastków jest przyswajana przez rośliny z roztworu glebowego lub wodnego w postaci jonów. Natomiast zwierzęta (w tym człowiek) pobierają pierwiastki w postaci złożonych związków występujących w pożywieniu oraz w wodzie.

2.Woda - I.2.:
· cechy fizykochemiczne wody:
- przezroczysta, bez smaku, bez zapachu;
- dobry rozpuszczalnik dla wielu substancji (nieorganicznych: rozmaitych soli mineralnych i organicznych: proste białka, cukry proste i dwucukry);
- wysoka temperatura topnienia (0C) i wrzenia (100C);
- bardzo dobry przewodnik cieplny, wysokie ciepło parowania;
- duża pojemność cieplna;
- wysokie ciepło właściwe - woda wolno ogrzewa się i wolno ochładza;
- wysokie napięcie powierzchniowe;
- duża lepkość;
- duża gęstość;
- niesymetrycznie rozmieszczone ładunki elektryczne nadają jej charakter dipolu;
- odczyn obojętny (pH=7).
· cechy biologiczne wody:
- transporter - składnik płynów wewnątrzustrojowych (cytoplazma, krew, limfa, płyny jamy ciała, soki roślinne);
- uczestniczy w termoregulacji (regulacji temperatury ciała) i osmoregulacji (regulacji stężenia płynów i soli w organizmie);
- bierze udział w reakcjach hydrolizy - rozpadzie różnych związków pod wpływem wody;
- środowisko wewnętrzne komórek i organizmów - środowisko zachodzenia wszystkich procesów biochemicznych;
- substrat i produkt wielu reakcji metabolicznych;
- środowisko życia wielu organizmów żywych.


3. Cukrowce (sacharydy) - I.6.:
Są to związki zbudowane z węgla, wodoru i tlenu, bardzo rozpowszechnione w przyrodzie i spełniające ważne funkcje w organizmach.
Klasyfikacja cukrowców:
Ze względu na budowę i wielkość cząsteczki dzielimy cukry na:
· cukry proste (monosacharydy), które dzielimy ze względu na liczbę atomów węgla w cząsteczce:
- triozy - 3 atomy węgla (3C) - rzadko występujące w stanie wolnym, ale świetnie nadające się w komórce do syntezy cukrów składających się z większej liczby węgli
- tetrozy - 4 atomy węgla (4C) - występujące jeszcze rzadziej
- pentozy - 5 atomów węgla (5C) - występujące w kwasach nukleinowych (RNA i DNA) i związkach będących akumulatorami i przenośnikami energii (ATP), np.: ryboza i deoksyryboza
- heksozy - 6 atomów węgla (6C) - najczęściej występujące, np.: glukoza, fruktoza (cukier występujący w owocach, cukier winny), galaktoza (cukier występujący w mleku)
rysunek przedstawiający wzór strukturalny pentozy i heksozy

· cukry złożone składające się z dwu lub większej liczby cząsteczek cukrów prostych połączonych wiązaniem glikozydowym
- dwucukry (disacharydy) - zbudowane z dwóch cukrów prostych
® sacharoza (glukoza + fruktoza) - pospolicie występująca w roślinach: bulwach ziemniaka, łodydze i liściach trzciny cukrowej
® laktoza (glukoza + galaktoza) - dużo zawiera jej mleko krowie
- wielocukry (polisacharydy) - składające się z wielu tysięcy cząsteczek cukrów prostych
® celuloza - podstawowy budulec ścian komórek roślinnych
® skrobia - cukier zapasowy większości roślin
® glikogen - cukier zapasowy większości zwierząt gromadzony w wątrobie i mięśniach szkieletowych
® chityna - cukier budulcowy, występuje w pancerzykach stawonogów
rysunek przedstawiający schematyczną budowę wielocukru

Ponieważ polisacharydy nie rozpuszczają się w wodzie doskonale nadają się na materiał budulcowy w komórce (celuloza) lub zapasowy (skrobia i glikogen).
Funkcje cukrowców:
· budulcowa - budują ściany komórkowe
· energetyczna - znaczy to, że cukry proste, szczególnie glukoza, są paliwem biologicznym w komórce; służą do uzyskania energii w procesie biologicznego utleniania, czyli oddychania komórkowego zgodnie z reakcją:
substrat organiczny + O2® CO2 + H2O + energia (zatrzymana w ATP)
Dlaczego to cukry proste używane są przez organizmy żywe do uzyskiwania energii? Dlaczego nie tłuszcze, które są bardziej kaloryczne? Odpowiedź jest bardzo prosta. Cukry jest łatwiej transportować i łatwiej rozłożyć gdyż mają prostszą budowę niż tłuszcze.
· zapasowa - cukry złożone mogą być na długo odkładane w komórce bo nie rozpuszczają się w wodzie, jeżeli zaistnieje taka potrzeba mogą być znów rozłożone do cukrów prostych, a te spalone w celu uzyskania energii.


4. Białka - I.3.:
Jest to największa i jedna z najważniejszych grup związków organicznych. Białka zaliczamy do związków polimerycznych, a polimer to związek zbudowany z powtarzających się elementów: monomerów.
Tak więc: polimer = n (monomer).
Budowa białek:
Monomerem białek jest aminokwas, stąd: białko = n (aminokwas). Aminokwasy ułożone są szeregowo i połączone wiązaniami peptydowymi.
Znamy około 20 aminokwasów, które ułożone w dowolny sposób tworzą białka. Liczba kombinacji jest niewyobrażalnie wielka! Pomyśl tylko: w alfabecie łacińskim jest mniej więcej tyle znaków-liter co znanych aminokwasów; ile wyrazów i zdań możesz z tych liter ułożyć w języku polskim? ile wyrazów i zdań w innych językach opartych na tym samym alfabecie?
Białka są związkami wielkocząsteczkowymi, co znaczy, że mają bardzo dużą masę cząsteczkową. Ponieważ są bardzo duże mają też skomplikowaną budowę. Mówimy o czterech stopniach rzędowości w budowie białek.
rysunek przedstawiający cztery stopnie komplikacji budowy białek

Klasyfikacja białek:
· białka proste (proteiny) - zbudowane są tylko z aminokwasów np.:
- białko jaja kurzego - albumina,
- białka osocza krwi - globuliny,
- białka odpornościowe - przeciwciała,
- białko budujące włosy i paznokcie - keratyna;
· białka złożone (proteidy) - zbudowane z aminokwasów i elementu nie białkowego, „czegoś innego”, co nie jest aminokwasem np.:
- łańcuch aminokwasów + cząsteczka barwnika, czyli chromoproteid, np. hemoglobina, barwnik oddechowy krwi,
- łańcuch aminokwasów + atom metalu, czyli metaloproteid, np. wiele enzymów,
- łańcuch aminokwasów + reszta cukrowa, czyli glikoproteid, np. białka błon biologicznych.
Funkcje białek:
· budulcowa - białka budują błony biologiczne, czyli tworzą komórki i organizują wnętrze komórki; budują włosy, paznokcie, kopyta, rogi; współtworzą szkielet kręgowców
· regulatorowa - białka mogą być enzymami, czyli takimi związkami, które umożliwiają zachodzenie wielu reakcji w komórce (biokatalizatorami); białka mogą też być hormonami, które odpowiadają za prawidłowy przebieg procesów w organizmie, np.: adrenalina
· zapasowa - złożone białko jest substancją zapasową u roślin, szczególnie w nasionach roślin strączkowych takich jak: fasola, bób, soja, groch; u zwierząt białka bardzo rzadko pełnią funkcje zapasową, wyjątkiem są komórki jajowe
· energetyczna - tę funkcję białka pełnią bardzo rzadko, najczęściej zużywane są dopiero gdy organizm zużyje zapas cukrów i tłuszczów.
Ponieważ białka pełnią tak rozliczne role w komórce i całym organizmie żywym to właśnie ich budowa została zapisana w budowie kwasów nukleinowych.


5. Tłuszczowce (lipidy) - I.15.:
Są to związki, które powstają w reakcji alkoholi i wyższych kwasów tłuszczowych. Na przykład glicerolu z kwasem palmitynowym czy stearynowym.
Choć jest to duża i zróżnicowana grupa ich wspólną cechą jest to, iż nie rozpuszczają się w wodzie.
Klasyfikacja tłuszczowców:
· tłuszcze proste (trójglicerydy, tłuszcze właściwe) - z alkoholem łączą się trzy kwasy tłuszczowe, wszystkie takie same lub każdy inny; zaliczamy tu także woski np.: wosk pszczeli.
· tłuszcze złożone - z alkoholem łączą się dwa kwasy tłuszczowe oraz coś innego, inna cząsteczka:
- kwas fosforowy - tworzy się wtedy fosfolipid (występuje w błonach komórkowych)
- rysunek przedstawiający schematycznie budowę tłuszczu prostego i złożonego
- cukier - powstaje glikolipid (też spotkamy go w błonach komórkowych).
· pochodne tłuszczów - o dość skomplikowanej budowie np.: hormony płciowe (testosteron - hormon męski, estradiol - hormon żeński)
Tłuszcze mogą występować w postaci stałej: łój, wosk roślinny, wosk zwierzęcy (pszczeli, kaszalota tzw. olbrot, z wełny owczej tzw. lanolina) albo w postaci ciekłej: tran, oleje roślinne.
Funkcje tłuszczy:
· zapasowa - magazynowane są u roślin w nasionach (słonecznika, soi, rzepaku), owocach i korzeniach a także u zwierząt np.: zapadających w sen zimowy (suseł, niedźwiedź, borsuk); tłuszcze gromadzone są w cytoplazmie komórek, u zwierząt jest to tkanka podskórna;
· ochronna - tłuszcze chronią organizmy przed:
- niskimi temperaturami u: ssaków morskich jak foka, wieloryb czy mors,
- nadmierną utratą wody jak woski pokrywające liście i owoce wielu roślin,
- urazami mechanicznymi jak warstwa tkanki tłuszczowej chroniąca gałkę oczną, nerki i inne narządy jamy brzusznej;
· budulcowa - budują błony biologiczne;
· energetyczna - spalone służą do uzyskania w komórce energii.

6. Kwasy nukleinowe. Porównanie budowy DNA i RNA - I.17.:
Ich ilość w komórce jest niewielka, ale spełniają ogromną rolę, warunkują bowiem zjawisko dziedziczności. W cząsteczkach tych kwasów jest zapisana informacja o budowie i właściwościach organizmu.
Kwasy nukleinowe są polimerami. Monomerem kwasów nukleinowych jest nukleotyd, czyli budowę kwasów nukleinowych możemy zapisać:
kwas nukleinowy = n (nukleotyd)
Każdy nukleotyd jest zbudowany z trzech elementów:
· jednej z zasad azotowych - adeniny (A), guaniny (G), cytozyny (C), tyminy (T) lub uracylu (U);
· cukru pentozy - rybozy (R) lub deoksyrybozy (D);
· reszty kwasu fosforowego (P).
Znamy dwa typy kwasów nukleinowych: kwas deoksyrybonukleinowy (DNA) i kwas rybonukleinowy (RNA). Różnią się one budową i funkcją.


Skład chemiczny i właściwości DNA RNA
pentoza deoksyryboza (D) ryboza (R)
zasada azotowa adenina (A)guanina (G)cytozyna (C)tymina (T) adenina (A)guanina (G)cytozyna (C)uracyl (U)
reszta kwasu fosforowego (P) (P)
liczba łańcuchów (nici) 2 skręcone w prawo, w spiralę(a helisę) 1
rodzaje jeden rodzaj trzy rodzaje:mRNA informacyjnytRNA transportowyrRNA rybosomalny
funkcje pełen zapis budowy wszystkich białek danego organizmu przenoszą informacje o budowie danego białka z jądra komórkowego, z DNA, do rybosomów w cytoplazmie - miejsca syntezy białek (mRNA), transportują aminokwasy do budowy tego białka (tRNA), budują rybosomy (rRNA)
rysunek schematyczny budowy RNA i DNA

Kwasy nukleinowe powstają w komórkach zawsze na matrycy innego kwasu nukleinowego. Zwykle DNA powstaje na wzór już istniejącego DNA (replikacja = powielenie), rzadko DNA powstaje na matrycy RNA (tak dzieje się u pewnych wirusów np. HIV), natomiast RNA powstaje na matrycy fragmentu DNA (transkrypcja = przepisanie).
W 1953r. James D. Watson i Francis H. Crick otrzymali Nagrodę Nobla za odkrycie spiralnej struktury DNA.


2. TEORIA KOMÓRKOWA SCHLEIDENA I SCHWANNA. TEZY LWOFFA.
„Komórka jest w zasadzie kompletnym mikrokosmosem, w którym toczy się życie; jest ona najmniejszą jednostką zdolną do samodzielnego przeprowadzenia wszystkich procesów życiowych.”
Idea, że komórka jest podstawową jednostką budującą każdy organizm, zarówno zwierzęcy jak i roślinny, stała się podstawą ogłoszonej w 1838r. teorii komórkowej. Doszli do tego, niezależnie od siebie, dwaj panowie: botanik Matthias Schleiden i zoolog Thomas Schwann. Teoria ta została rozszerzona w 1855r. przez Rudolfa Virchowa o stwierdzenie, że nowe komórki powstają tylko z już istniejących. Innymi słowy komórka nie może powstać spontanicznie jako mieszanina substancji nieożywionej.
W 1962r. Lwoff dodał do powyższych stwierdzeń następujące fakty:
· komórki charakteryzuje stałość składu chemicznego - znaczy to, że wszystkie komórki składają się z takich samych grup związków chemicznych i takich samych pierwiastków;
· komórki charakteryzuje stałość budowy - to z kolei oznacza, że wszystkie komórki posiadają takie same organella, różnice w budowie komórek wynikają jedynie z różnorodnych funkcji, które pełnią;
· komórki charakteryzuje stałość funkcji życiowych - każda komórka jest w stanie przeprowadzać podstawowe procesy metaboliczne warunkujące życie;
· komórki charakteryzuje stałość zapisu i sposobu przekazywania informacji genetycznej - wszystkie cechy budowy i funkcji komórki są zapisane w kwasie dezoksyrybonukleinowym (DNA) i istnieją identyczne dla każdej komórki sposoby przekazywania tej informacji z pokolenia na pokolenie.
W związku z powyższym teoria komórkowa w pełnym brzmieniu to stwierdzenie: „Komórka jest podstawową jednostką strukturalną i funkcjonalną każdego organizmu.”
Z komórek zbudowane są wszystkie, nawet najbardziej złożone organizmy, a także organizmy najprostsze. Możemy więc powiedzieć, że „każdy organizm zbudowany jest z komórek, bądź sam jest komórką”. Będzie to inna wersja brzmienia teorii komórkowej. Przypominam z kolei, że to jest dowodem na jedność wszystkich istot na naszej planecie i dowodzi, że wszystkie te istnienia, będące skupiskami komórek, mają wspólne pochodzenie, wspólnego przodka, prakomórkę, z której powstały w zamierzchłych czasach Ziemi.
Kiedy odkryto komórki? Było to w drugiej połowie XVII w., kiedy to Robert Hook obejrzał za pomocą skonstruowanego przez siebie mikroskopu, fragment korka. Struktury, które widział były w zasadzie martwymi ścianami komórkowymi, a nie żywymi komórkami, ale zdano sobie z tego sprawę dużo później.

3. WIELKOŚĆ, KSZTAŁT I RODZAJE KOMÓREK
Komórki są mikroskopowej wielkości. Rozmiary komórek prokariotycznych wahają się w zakresie od 1mm do 10mm, natomiast komórek eukariotycznych od 10mm do 100mm. Oczywiście w świecie organizmów żywych znajdziemy również komórkowe „giganty”, np. niektóre komórki (a w zasadzie komórczaki) mięśni poprzecznie prążkowanych mają do 30cm, a włókna indyjskiej rośliny rami ok. 50cm.

Wymiary i kształty komórek związane są z funkcjami, które pełnią.
· kształt podstawowy to kształt kulisty, jednak taka forma jest możliwa tylko, gdy komórka jest bądź samodzielnym organizmem, bądź gdy w organizmie wielokomórkowym komórki występują samodzielnie zanurzone w płynach i wzajemnie na siebie nie naciskają, np. komórka jajowa człowieka
· kształt pełzakowy charakterystyczny dla komórek pełzaków (ameb) czy krwinek białych, związany z ich zdolnością do poruszania się i zmiany kształtu
· komórki z wicią są również przystosowane do przemieszczania się, np. plemniki
· komórki nerwowe zaopatrzone są w wypustki cytoplazmatyczne pomocne przy odbieraniu wielu bodźców i przewodzeniu ich na znaczne odległości, w niektórych ludzkich komórkach nerwowych długość tych wypustek może przekraczać 1metr!
· kształt prostopadłościenny jest charakterystyczny dla komórek roślinnych tkanek okrywających lub tkanki nabłonkowej, tworzą wtedy zwarte struktury stanowiące granice narządów czy organizmów
rysunki przedstawiające podstawowe kształty komórek

Ze względu na organizację wyróżniamy cztery podstawowe rodzaje komórek:
· komórki prokariotyczne (bezjądrowe) i eukariotyczne (jądrowe)
· komórki typu roślinnego i komórki typu zwierzęcego.


4. ORGANIZACJA PRZESTRZENNA KOMÓRKI
Komórka oddzielona jest od środowiska zewnętrznego błoną komórkową (czasami też ścianą komórkową, jak to ma miejsce w komórkach roślinnych i bakteryjnych), jej środowisko wewnętrzne tworzy cytoplazma i organella komórkowe w niej zanurzone.
Organella komórkowe dzielimy na plazmatyczne i nieplazmatyczne lub „żywe” i „martwe”. Organellum plazmatyczne to takie, które otoczone jest błoną biologiczną lub jest błoną biologiczną oraz wypełnione cytoplazmą (albo substancją przypominającą składem i konsystencją cytoplazmę) lub samo jest cytoplazmą.

Organella plazmatyczne, = protoplast („żywe”):
· błony biologiczne np. błona komórkowa (= plazmalemma);
· cytoplazma;
· organella otoczone podwójną błoną biologiczną:
- jądro komórkowe - zawiera informację genetyczną, „centrum dowodzenia komórki”;
- mitochondrium - tu zachodzi oddychanie komórkowe, czyli biologiczne spalanie, „siłownia komórki”;
- plastydy - grupa organelli występujących w komórkach roślinnych, do tej grupy zaliczamy chloroplasty, w których odbywa się fotosynteza;
· organella otoczone pojedynczą błoną biologiczną:
- reticulum endoplazmatyczne (= siateczka wewnątrzplazmatyczna, = ER) - kanały „wewnętrznej łączności” komórkowej;
- aparaty Golgiego (czyt.: goldżiego) - wydzielają rozmaite substancje;
- lizosomy - zawierają enzymy trawienne;
- sferosomy i mikrociałka - pęcherzyki zawierające różne enzymy.
Organella nieplazmatyczne („martwe”):
· ściana komórkowa;
· wodniczka (= wakuola) - spełniają rozmaite role, w komórkach zwierzęcych biorą udział w pobieraniu i trawieniu pokarmów, w komórkach roślinnych są „śmietnikami i magazynami” komórki.

4.1. Ultrastruktura, skład chemiczny i właściwości błon biologicznych.
Wszystkie błony biologiczne zbudowane są według tej samej zasady. Składają się zawsze z dwóch komponentów: fosfolipidów, tworzących tak zwany zrąb lipidowy oraz białek.
Budowa błony biologicznej:
· fosfolipidy są związkami polarnymi, to znaczy, że dwa bieguny cząsteczki mają odmienne właściwości: hydrofilowe „główki” (mające powinowactwo do wody) i hydrofobowe „nóżki” (nie mające powinowactwa do wody); ponieważ obie strony błony biologicznej zawsze kontaktują się ze środowiskiem wodnym „główki” są skierowane na zewnątrz błony, a „nóżki” do wnętrza; powstaje w ten sposób dwuwarstwowa struktura zrębu lipidowego
rysunek przedstawiający fosfolipid
· białka zanurzone są w warstwie lipidowej (białka integralne) lub leżą na powierzchni błony skąd można je łatwo usunąć (białka powierzchniowe); białka wchodzące w skład błony są białkami prostymi lub złożonymi, utrwalają strukturę błony, pełnią funkcje transportowe lub są swego rodzaju „etykietkami” świadczącymi o charakterze komórki i jej osobniczej lub gatunkowej przynależności
· w komórkach zwierzęcych, w których to nie występuje ściana komórkowa, pojawia się glikokaliks utworzony z łańcuchów cukrowych, które mogą towarzyszyć białkom i lipidom - oprócz funkcji wzmacniającej glikokaliks bierze także udział w rozpoznawaniu się komórek
rysunek przedstawiający strukturę błony biologicznej
Tak zbudowana błona ma charakter płynnej mozaiki:
„W morzu lipidów pływają góry lodowe białek”, znaczy to, że błony mają budowę dynamiczną - białka nie mają ustalonego miejsca i mogą się przemieszczać.
Właściwości błon biologicznych:
· poprzez swoją dynamiczną strukturę błony są elastyczne, co jest ważne przy odkształcaniu się w czasie tworzenia nowych struktur błoniastych w komórce (np. tworzenie wodniczek) lub gdy komórka porusza się ruchem pełzakowym
· błony są półprzepuszczalne, to znaczy, że rozpuszczalnik (woda) migruje przez błonę swobodnie, a wybiórczo substancje w wodzie zawarte, ma to znaczenie w transporcie na poziomie komórkowym
· błony są spolaryzowane, to znaczy, że na zewnątrz błony zgromadzone są ładunki dodatnie, a na stronie wewnętrznej ładunki ujemne, ma to znaczenie przy odbieraniu i przewodzeniu bodźców.
Funkcje błon biologicznych:
· stanowią granicę pomiędzy światem zewnętrznym a światem wewnętrznym komórki lub organellum
· błony organizują komórkę i jej wnętrze: budują organella komórkowe i tworzą przedziały subkomórkowe
· umożliwiają kontakt ze środowiskiem: odbieranie bodźców, pobieranie i wydalanie rozmaitych substancji i cząstek
· przez błony odbywa się transport: na drodze dyfuzji, dyfuzji ułatwionej, transportu aktywnego oraz na drodze endocytoz i egzocytoz
· błony odbierają i przewodzą bodźce
· w błonach odbywają się niektóre procesy biochemiczne jak: fosforylacja w fotosyntezie, łańcuch oddechowy w oddychaniu tlenowym.

4.2. Typy transportu przez błony biologiczne.
Błony biologiczne nie są ścisłą granicą pomiędzy komórkami, czy organellami, a środowiskiem zewnętrznym. Poprzez błony musi być możliwy transport różnych cząstek, zarówno z komórki (organellum), jak i do komórki (organellum). To w jaki sposób transportowane są dane cząstki zależy od ich rozmiaru i właściwości.
Transport małych cząstek:
· dyfuzja - swobodne przenikanie cząsteczek wody, gazów oddechowych, glicerolu itp. przez podwójną warstwę lipidową z obszaru o stężeniu wyższym do obszaru o stężeniu niższym, czyli zgodnie z gradientem stężeń; jest to niewybiórczy typ transportu oparty jedynie na zjawisku fizycznym
- dializa - transport substancji rozpuszczonych przez błonę
- osmoza - transport wody lub innego rozpuszczalnika przez błonę
· dyfuzja ułatwiona - niektóre cząsteczki, np. glukoza, potrzebują nośników białkowych, co zwiększa tempo ich przedostawania się przez błony, jest to ruch także zgodny z gradientem stężeń; nośnikami są białka błonowe, które w czasie pracy nie zmieniają swojego charakteru
· transport aktywny - transportowanie cząsteczek wbrew gradientowi stężeń z udziałem nośników białkowych i nakładzie energii (często z ATP), np. transport jonów Na+ i K+ za pomocą mechanizmu pompy jonowej: sodowo - potasowej.
Te trzy typy transportu można porównać do zjazdu z ośnieżonego stoku: dyfuzja prosta to zjazd na przysłowiowych „butach”, dyfuzja ułatwiona to użycie do zjazdu nart, sanek czy snowboardu, natomiast transport aktywny to wjazd na górę na wyciągu.
Transport większych cząstek:
Czasami komórka musi pobrać bądź wydalić duże cząstki np. pobrać pożywienie i wydalić niestrawione resztki pokarmowe. Mamy wtedy do czynienia z transportem „z błoną”.
· endocytoza to pobranie do wnętrza komórki cząstek poprzez wytworzenie z błony komórkowej wodniczki, która oderwawszy się od plazmallemy przeniesie pobraną cząstkę do cytoplazmy; sposób ten stosują pierwotniaki podczas pobierania pożywienia i leukocyty w czasie walki z antygenami
- fagocytoza
- pinocytoza
· egzocytoza to wydalenie z komórki, np. niestrawionych resztek lub wydzielenie z komórki, np. hormonów w wodniczkach, które z cytoplazmy zdążają do plazmallemy, gdzie błony wodniczki i błona otaczająca komórkę połączą się.
Jak widać endocytoza i egzocytoza to procesy przeciwstawne.
Rysunek przedstawiający endo- i egzocytozę


4.3. Właściwości, skład i rola cytoplazmy.
Cytoplazma jest substancją wypełniającą każdą żywą komórkę.
· cytoplazma jest roztworem koloidalnym, czyli roztworem, w którym cząsteczki substancji rozpuszczonej są zbyt małe, aby osiadać (pod wpływem siły ciążenia) na dnie naczynia, a zbyt duże, aby rozproszyć się w rozpuszczalniku i utworzyć roztwór właściwy
· wyróżniamy fazę rozpraszającą (wodę - 90% objętości cytoplazmy) i fazę rozproszoną (substancje zawieszone w wodzie - ok. 9% to substancje organiczne, a ok. 1% to związki mineralne)
· kiedy przepuścimy strumień światła przez roztwór koloidalny zaobserwować możemy tzw. zjawisko Tyndalla - załamanie i rozproszenie wiązki światła na cząsteczkach koloidu - powstaje charakterystyczny stożek utworzony przez strumień światła; zjawisko takie można zaobserwować podczas jazdy samochodem w czasie mgły (mgła też jest koloidem: roztworem cieczy rozproszonym w gazie) z zapalonymi reflektorami
· na terenie cytoplazmy komórek eukariotycznych znajduje się tzw. cytoszkielet - układ włókien białkowych przytwierdzonych od wewnątrz do błony komórkowej i błon różnych organelli:
- mikrofilamenty (o średnicy ok. 7 nm) i mikrotubule (o średnicy ok. 25 nm) zbudowane z białek globularnych
® mikrofilamenty są utworzone z białka aktyny i innych białek, które towarzyszą aktynie (np. miozyny w komórkach mięśniowych) - włókna te stanowią mechaniczną podporę dla komórki i różnych elementów komórkowych, biorą udział w ruchach komórki a w komórkach mięśniowych umożliwiają skurcz tych komórek
® mikrotubule tworzą się głownie z białka tubuliny, maja postać rurek, których ściany utworzone są ze spiralnie zwiniętych łańcuchów cząsteczek białka - włókna te biorą udział w podziałach komórkowych (odpowiadają za rozejście się chromosomów w czasie kariokinezy, czyli podziału jądra), ruchach komórek i organelli oraz tworzą rzęski i wici
w komórkach, które się nie dzielą mikrotubule grupują się w rejonie zwanym centrosomem
w centrosomie komórek zwierzęcych występują dwie prostopadłe do siebie struktury, małe pęczki włókienek - centriole, które podwajają się przed podziałem komórki
- filamenty pośrednie (o średnicy od 8 - 10 nm) zbudowane z białek fibrylarnych, będące elementami strukturalnymi pomagają utrzymać określony kształt komórki
Właściwości cytoplazmy:
· cytoplazma jest ciągliwa i lepka, dzięki dużej zwartości białek
· cytoplazma ma zdolność do zmiany stanu skupienia, co zależy od warunków środowiska wewnętrznego jak i zewnętrznego komórki (temperatury, uwodnienia itp.)
zol « żel
postać półpłynna cytoplazmy postać półstała cytoplazmy
· cytoplazma ma zdolność ruchu, dzięki obecności włókien białek kurczliwych:
- ruch rotacyjny - wokół centralnie, zazwyczaj, położonej wakuoli
- ruch cyrkulacyjny - pomiędzy organellami
- ruch pulsacyjny - w różnych kierunkach
Rola cytoplazmy:
· wypełnia komórkę i nadaje jej kształt
· jest środowiskiem „życia” organelli komórkowych
· zachodzi w niej wiele reakcji metabolicznych, np. glikoliza - pierwszy etap oddychania komórkowego
· dzięki jej ruchom i elementom cytoszkieletu możliwe jest przemieszczanie organelli i transport substancji w komórce.


4.4. Budowa i funkcje jądra komórkowego.
Jądro to organellum charakterystyczne dla komórek eukariotycznych (zresztą ten typ komórek jest wyróżniany właśnie ze względu na obecność jądra komórkowego). Jądro przeznaczone jest do przechowywania informacji genetycznej i dlatego zwykle nazywane jest „centrum dowodzenia” komórki, gdyż tu podejmowane są decyzje o budowie komórki i jej poszczególnych elementów oraz o funkcjonowaniu komórki.
Organellum to jest zwykle kulistego kształtu, choć bywają jądra o kształcie walcowatym czy soczewkowatym.
Zwykle w komórce występuje jedno jądro komórkowe, ale zdarza się, że komórka wtórnie traci jądro, albo, że w komórce jest wiele jąder.
Ze względu na obecność lub brak jądra komórkowego wyróżniamy następujące typy komórek:

jądro komórkowe

brak jest



pierwotny wtórny jedno wiele
komórki pierwotnie pozbawione jądra to komórki prokariotyczne, czyli komórki bakterii komórki wtórnie pozbawione jądra to komórki eukariotyczne, które ze względu na pełnione funkcje utraciły jądro w procesie specjalizacji, np. krwinki czerwone ssaków czy duże komórki rurek sitowych taka sytuacja obserwowana jest w większości komórek komórki, w których występuje wiele jąder powstają w dwojaki sposób: · w czasie podziału komórkowego dzieli się tylko jądro, a cytoplazma komórki nie · po wielu podziałach zanikają przegrody pomiędzy powstałymi komórkami, np. komórki mięśni poprzecznie prążkowanych
komórki prokariotyczne komórki eukariotyczne

Budowa jądra komórkowego:
schemat przedstawiający budowę jądra
· jądro otoczone jest podwójną błoną biologiczną zwaną otoczką jądrową, w której obecne są pory ułatwiające kontakt jądra z otaczającą cytoplazmą
· wypełnione jest substancją przypominającą składem i konsystencją cytoplazmę - kariolimfą
· zawiera prawie całe DNA komórki (inne cząsteczki DNA znajdują się w mitochondriach lub plastydach)
- w czasie, gdy komórka się nie dzieli, informacja genetyczna przybiera postać chromatyny, czyli długich łańcuchów DNA nawiniętych na rdzenie histonowe
- schemat budowy fibryli chromatynowej
- w czasie podziału komórki chromatyna zostaje silnie skręcona i tworzy chromosomy
· jąderko - jest to najlepiej widoczna pod mikroskopem część jądra, będąca obszarem silnie skondensowanej chromatyny; jest miejscem syntezy rRNA i tworzenia rybosomów

Funkcje jądra komórkowego:
· przechowuje informację na temat budowy i funkcjonowania komórki, stąd jest ośrodkiem „decyzyjnym” w komórce
· jest miejscem syntezy DNA - replikacji informacji genetycznej przed podziałem jądra
· jest miejscem syntezy wszystkich typów RNA - transkrypcji
· w jąderku powstają rybosomy - struktury odpowiedzialne za syntezę białek.

4.5. Budowa i funkcje mitochondrium.
Mitochondria to organella występujące w komórkach eukariotycznych, odpowiedzialne za proces oddychania tlenowego, czyli proces przekształcania energii chemicznej związków organicznych w energię wiązań ATP. Liczba mitochondriów w komórce zależy od aktywności metabolicznej komórki, a więc od zapotrzebowania komórki na energię. Najliczniej mitochondria występują np. w komórkach mięśni poprzecznie prążkowanych czy komórkach wątroby (ponad 1000!). Mogą one zmieniać swój kształt i rozmiary, a nowe mitochondria powstają przez wzrost i podział już istniejących.
Organella te są organellami półautonomicznymi, czyli w pewnym sensie niezależnymi od jądra komórkowego. Zawierają własne DNA z informacją o budowie swoistych białek i aparat translacyjny do syntezy tych białek. To pozwala na mnożenie się tych struktur niezależnie od podziałów komórki, a zależnie od zapotrzebowania w komórce na energię.
schemat budowy mitochondrium
Budowa mitochondrium:
· mitochondrium otoczone jest podwójną błoną biologiczną
· błona wewnętrzna wpukla się tworząc grzebienie mitochondrialne, na nich, od strony matriks, znajdują się kompleksy enzymów biorące udział w łańcuchu oddechowym - grzybki mitochondrialne, czyli oksysomy
· mitochondrium wypełnione jest substancją przypominającą składem i konsystencją cytoplazmę - matriks mitochondrialną
· w matriks zanurzone są: naga, kolista cząsteczka DNA i rybosomy o cechach przypominających DNA i rybosomy Procaryota

Funkcje mitochondrium:
Ponieważ energia w komórce nie może istnieć w stanie wolnym (ulegałaby rozproszeniu) musi być ona zmagazynowana w wiązaniach chemicznych. Najlepiej do tego nadaje się ATP (adenozynotrifosforan), w którego budowie występują dwa wysokoenergetyczne wiązania. Synteza ATP odbywa się poprzez przyłączenie reszty kwasu fosforowego (Pi) do ADP (adenozynodifosforanu), przy udziale energii z rozpadu wiązań innych związków. Reakcja ta to fosforylacja.

ADP + Pi + energia ® ATP

ATP jest związkiem nietrwałym, łatwo ulega rozpadowi, dlatego nie może być transportowane z komórki do komórki. Każda komórka produkuje więc ATP tylko na własne potrzeby. Praktycznie całe wyprodukowane w danej sekundzie ATP jest zużywane na bieżąco.
Największym źródłem ATP są reakcje biologicznego spalania, czyli oddychanie komórkowe.

C6H12O6 + 6O2 ® 6CO2 + 6H2O + energia w wiązaniach ATP

Mitochondrium:
· zachodzi w nim oddychanie tlenowe, a właściwie dwa ostatnie jego etapy: cykl Krebsa i łańcuch oddechowy
· w wyniku tych procesów powstaje ATP, które może być zużywane na potrzeby komórki (różne reakcje syntez, pracę mechaniczną czy transport aktywny)
· transportuje ATP, ponieważ mitochondria mogą przemieszczać się w cytoplazmie.


4.6. Klasyfikacja, budowa i funkcje plastydów.
Plastydy to organella charakterystyczne dla komórek typu roślinnego, czyli komórek roślin i glonów, a niektóre typy plastydów występują także w komórkach grzybów.
Klasyfikacja plastydów:
plastydy


bezbarwne barwne
proplastydy etioplasty nieczynne w fotosyntezie czynne w fotosyntezie
leukoplasty chromoplasty chloroplasty

Budowa i funkcje poszczególnych klas plastydów:
Wszystkie plastydy mają dyskowaty lub walcowaty kształt i otoczone są podwójną błoną biologiczną.
· proplastydy to młodociane postaci wszystkich typów plastydów
- występują w komórkach zarodkowych i z nich w zależności od potrzeb rośliny lub warunków środowiska powstają inne typy tych organelli
- są to małe pęcherzyki
· etioplasty to organella rozwijające się z proplastydów wtedy gdy roślina rozwija się bez dostępu do światła (w czasie etiolacji)
- zawierają nieczynną postać chlorofilu, czyli protochlorofil
- jeżeli „zadziała” światło przekształcą się w chloroplasty
- występują np. w pędach kiełkujących pod ziemią
· leukoplasty to struktury przeznaczone do magazynowania substancji zapasowych
- nie zawierają żadnych barwników
- występują w organach przetrwalnych i spichrzowych, np. w nasionach, korzeniach spichrzowych buraka, liściach spichrzowych kapusty czy w owocach
- magazynują, ale zwykle osobno, następujące związki
® cukry, szczególnie skrobię, np. w bulwach ziemniaka
® tłuszcze
® białka
· chromoplasty nadają barwę różnym częściom roślin
- zawierają barwniki z grupy karotenoidów (żółte ksantofile i czerwone karoteny)
- barwią płatki korony kwiatów słonecznika, owoce pomidorów, nasiona kukurydzy, korzenie marchwi, liście
- odpowiedzialne są za „jesienną” barwę liści, kiedy to chloroplasty przekształcają się w chromoplasty - roślina wycofuje chlorofil do części trwałych, a w plastydach odsłaniają się barwniki karotenoidowe towarzyszące chlorofilowi
· chloroplasty to organella odpowiedzialne za samożywność roślin
- zachodzi w nich fotosynteza
- zawierają barwniki asymilacyjne: chlorofile a i b oraz karotenoidy
- nadają zieloną barwę liściom i łodygom
- znajdują się w miękiszu asymilacyjnym, w zielonych częściach roślin
Plastydy, ponieważ mają wspólne pochodzenie, mogą przekształcać się w różne formy w zależności od warunków środowiska i stanu fizjologicznego rośliny.

proplastydy leukoplasty
etioplasty
chromoplasty chloroplasty

schemat budowy chloroplastu
Budowa chloroplastu:
· chloroplast otoczony jest podwójną błoną biologiczną
· błona wewnętrzna wpukla się tworząc lamelle
· pęcherzyki utworzone z rozszerzeń lamelli to tylakoidy, tylakoidy zebrane są w grana (l. pojedyncza - granum)
· w błony gran wbudowany jest chlorofil
· chloroplast wypełnia stroma - substancja składem i konsystencją przypominająca cytoplazmę
· w stromie zanurzone są: naga, kolista cząsteczka DNA i rybosomy o cechach przypominających DNA i rybosomy Procaryota
Funkcje chloroplastów:
W chloroplastach zachodzi fotosynteza. Fotosynteza jest formą autotroficznego odżywiania się organizmów. W dużym uproszczeniu polega na syntezie związków organicznych ze związków nieorganicznych przy udziale energii świetlnej.

6CO2 + 6H2O + energia świetlna ® C6H12O6 + 6O2

Fotosynteza przebiega w dwóch fazach:
· faza jasna, = zależna od światła
- przebiega w błonach gran, tam znajduje się chlorofil niezbędny do przeprowadzenia tej fazy
- polega na transformacji energii - energia świetlna, zaabsorbowana przez chlorofile, zamieniona zostaje w energię wiązań chemicznych (ATP)
- jej produktami są ATP i NADPH2 - tzw. siła asymilacyjna - potrzebne do fazy niezależnej od światła oraz tlen, który wydzielany jest do atmosfery, gdyż jest produktem ubocznym fotosyntezy
· faza ciemna, = niezależna od światła, = cykl Calvina
- przebiega w stromie chloroplastu
- polega na transformacji materii - związki nieorganiczne (H2O i CO2) pobrane z otoczenia zostają zamienione w cukry proste (glukoza), czyli proste związki organiczne, przy udziale energii zmagazynowanej w fazie jasnej w postaci ATP

4.7. Budowa i funkcje organelli otoczonych pojedynczą błoną biologiczną
Organella otoczone pojedynczą błoną biologiczną powstają w młodych komórkach zwykle z wpukleń błony komórkowej. Są ze sobą połączone strukturalnie i funkcjonalnie, stąd, aby podkreślić zależności tych organelli, powstał termin - GERL (aparat Golgiego + Endoplazmatyczne Reticulum + Lizosomy).

4.7.a. Reticulum endoplazmatyczne, = ER, = siateczka śródplazmatyczna
ER to system kanałów i cystern przenikający całą cytoplazmę każdej komórki eukariotycznej. Błony reticulum połączone są (wykazują ciągłość) z błoną komórkową i błonami, które otaczają inne organella. Ze względu na obecność lub brak rybosomów wyróżniamy dwa typy reticulum:
· reticulum granularne, = szorstkie, = ERg
- występują na nim rybosomy
- jest miejscem biosyntezy białek w komórce
· reticulum agranularne, = gładkie, = ERa
- pozbawione rybosomów
- jest miejscem syntezy kwasów tłuszczowych, metabolizmu fosfolipidów i sterydów.
Rybosomy to struktury występujące w każdej komórce, odpowiadają za proces biosyntezy białek. Struktury te składają się z dwóch okrągławych jednostek: mniejszej i większej. Ze względu na rozmiar i występowanie można podzielić rybosomy na dwie grupy:
· rybosomy małe - występują w komórkach Procaryota oraz w mitochondriach i plastydach Eucaryota, charakteryzują się stałą sedymentacji 70S (w dużym uproszczeniu mówiąc stała sedymentacji zależy od gęstości badanego obiektu), nie są związane z błonami biologicznymi
· rybosomy duże - występują w cytoplazmie komórek Eucaryota, ich stała sedymentacji to 80S, związane są z błonami biologicznymi, zwykle są to błony reticulum endoplazmatycznego.
schemat budowy reticulum gładkie i szorstkie
Funkcje reticulum endoplazmatycznego:
· bierze udział w transporcie komórkowym,
· bierze udział w przekazywaniu informacji w komórce, np. impulsu nerwowego do wnętrza komórek mięśniowych
· na błonach reticulum odbywają się syntezy białek i kwasów tłuszczowych
· w świetle kanałów ER odbywa się modyfikowanie białek powstałych na powierzchni
· ERa bierze udział w procesach detoksykacyjnych (odtruwaniu), np. rozkładanie związków rakotwórczych
· tworzy przedziały subkomórkowe, co umożliwia zachodzenie w bliskim sąsiedztwie przeciwstawnych reakcji
· z jego błon mogą powstawać aparaty Golgiego, lizosomy i wodniczki.

4.7.b. Aparaty Golgiego, = aG
Aparat Golgiego to struktura występująca w komórkach eukariotycznych związana z funkcjami wydzielniczymi komórki. Organella te występują w komórce w okolicy jądra komórkowego, w szczytowych partiach komórek lub są bezładnie rozrzucone w cytoplazmie.
schemat budowy aG
Budowa aparatu Golgiego:
· ułożone w stos płaskie cysterny (od 3 do 12) zbudowane z błony biologicznej, które nie łączą się ze sobą
· odrywające się od cystern małe pęcherzyki
Często łączy się z aparatem Golgiego termin diktiosom, jednak w różnych podręcznikach terminu tego używa się do opisania różnych części aparatu: jednej cysterny, całego układu cystern lub jednego pęcherzyka.

Funkcje aparatów Golgiego:
· w ich cysternach odbywają się syntezy różnych związków, np. w komórkach roślinnych są to wielocukry do budowy ściany komórkowej
· tu odbywa się sprzęganie białek z cząsteczkami cukrów i dalsze modyfikacje tak powstałych cząsteczek oraz dalsze modyfikacje białek powstałych w ERg
· cząsteczki o różnym pochodzeniu są pakowane w pęcherzyki odrywające się od cystern i transportowane do innych organelli lub po fuzji z błoną komórkową wydalane na zewnątrz komórki
Szczególnie dużo jest struktur Golgiego w komórkach, które produkują dużo substancji „na eksport”, czyli wydzielają wyprodukowane przez siebie białka na zewnątrz komórki.

4.7.c. Lizosomy, sferosomy, mikrociałka
Lizosomy (w komórce zwierzęcej) i sferosomy (w komórce roślinnej) są to małe pęcherzyki wypełnione enzymami trawiennymi. Znajdują się tam enzymy służące do trawienia lipidów (lipazy), cukrowców (amylazy), białek (proteazy) oraz kwasów nukleinowych (nukleazy). Enzymy te otoczone są błoną biologiczną
Funkcje lizosomów i sferosomów:
· lizosomy w komórkach zwierzęcych trawią cząstki pokarmowe
· fagocytują ciała obce, np. wirusy czy bakterie
· biorą udział w rozkładaniu organelli komórkowych w sytuacji gdy w komórce brakuje energii, składniki, z których było zbudowane organellum posłużą jako źródło energii
· rozkładają obumarłe składniki komórki
Po obumarciu komórki błony lizosomów pękają uwalniając enzymy trawienne do cytoplazmy. To zjawisko jest przyczyną rozpadu wielu komórek po śmierci organizmu.
schemat działania lizosomów

Mikrociałka to także małe pęcherzyki zawierające wiele enzymów katalizujących różne reakcje metaboliczne. Wyróżniamy dwa typy mikrociałek:
· peroksysomy
- zawierają enzymy rozkładające szkodliwe produkty metabolizmu lipidów
- w komórkach wątroby i nerek także produkty rozkładu etanolu
- w komórkach roślinnych, towarzyszą zwykle chloroplastom i biorą udział w fotooddychaniu
· glioksysomy
- występujące tylko w komórkach roślinnych, zawierają enzymy przekształcające tłuszcze zapasowe w cukry
- komórki zwierzęce nie posiadają glioksysomów, więc nie mogą przekształcać tłuszczy w cukry.

4.8. Budowa i funkcje wodniczek w komórkach roślinnych i zwierzęcych.
Wodniczki (= wakuole) to pęcherzyki zbudowane z błony biologicznej, wypełnione płynem. Są organellami charakterystycznymi dla komórek eukariotycznych.
· wodniczki w komórkach zwierzęcych są małe i występują w dużej liczbie
- wodniczki pokarmowe biorące udział w pobieraniu cząstek pokarmowych i wraz z lizosomami w trawieniu ich
- wodniczki tętniące (u pierwotniaków) usuwające nadmiar wody z komórki
· w komórkach roślinnych jest zwykle jedna duża wodniczka
- wypełnia ją sok komórkowy, a otoczona jest tonoplastem - błoną biologiczną
- sok komórkowy to w 90% woda, pozostałe 10% przypada na związki mineralne i organiczne
® wolne jony oraz sole mineralne, np. kryształy szczawianu wapnia, soli nierozpuszczalnej w wodzie
® związki organiczne będące substancjami zapasowymi, barwnikami, produktami przemiany materii czy substancjami trującymi dla roślinożerców
w komórkach nasion zbóż są ziarna aleuronowe, czyli wakuole wypełnione do maksimum białkami
płatki kwiatów zabarwione są na niebiesko czy fioletowo antocjanami lub na żółto flawonami, są to barwniki, które występują w wodniczkach
w wodniczkach znajdują się alkaloidy - substancje, które są szkodliwe dla roślinożerców, a przez człowieka wykorzystywane jako leki, trucizny czy używki, np.
* nikotyna w liściach tytoniu
* kofeina w ziarnach kawy
* teina w liściach herbaty
* morfina w maku
* kokaina w krzewach koki
* digitalina w kwiatach naparstnicy
wodniczki komórek szałwi lub rumianku zawierają garbniki - substancje o działaniu antyseptycznym, odkażającym
ponieważ komórki roślinne pozbawione są właściwości usuwania produktów przemiany materii poza obręb komórki, wszystkie produkty odpadowe kierowane są do wakuoli.


4.9. Powstawanie i modyfikacje ściany komórkowej.
Ściana komórkowa jest najbardziej zewnętrzną częścią komórki. Występuje w komórkach roślinnych, grzybów i bakterii. Poniższy opis dotyczyć będzie budowy ściany komórkowej u roślin.
Funkcje ściany komórkowej:
· stanowią granicę między światem zewnętrznym a wewnętrznym komórki
· chronią przed infekcjami
· zabezpieczają przed nadmierną utratą wody
· stanowią ochronę mechaniczną komórki
· nadają kształt komórce
schemat kolejnych warstw ściany komórkowej
Budowa ściany komórkowej:
· podczas podziału, pierwszą strukturą oddzielającą dwie nowopowstałe komórki jest blaszka środkowa, budowana wspólnie przez dwie komórki z wielocukrów, głównie związków pektynowych
· w młodych komórkach następną warstwą oddzielającą jest ściana pierwotna, budowana przez dwie komórki po obu stronach blaszki środkowej:
- jest ona cienka, elastyczna i może rosnąć wraz z komórką
- zbudowana jest z różnych wielocukrów o krótkich łańcuchach (pektyny i hemicelulozy) oraz z długich łańcuchów celulozy (ok. 20% suchej masy ścian) zebranych w wiązki tworzących nieregularną sieć; pomiędzy cząsteczki wielocukrów wnika woda
· gdy komórka przestaje rosnąć budowa ścian nie ustaje - rośnie ona teraz na grubość, dzięki temu, że od strony protoplastu odkładane są na powierzchnie ściany pierwotnej nowe warstwy celulozy - tworzy się ściana wtórna
- jest grubsza niż ściana pierwotna
- zbudowana jest z różnych wielocukrów, w tym celulozy (60% suchej masy ściany) oraz innych związków, które mogą zmieniać właściwości ściany
- podlega modyfikacjom, czyli pozwala przystosować komórkę do funkcji, którą dana komórka będzie pełnić:
® modyfikacje na drodze inkrustacji, czyli wnikania różnych substancji pomiędzy wiązki celulozy:
mineralizacja - wnikanie związków mineralnych jak węglanu wapnia lub krzemionki co może powodować, że liście niektórych roślin są ostre i szorstkie, a więc nieatrakcyjne jako pokarm dla roślinożerców
lignifikacja (drewnienie) - wnikanie ligniny (drzewnika), wtedy ściana twardnieje, a zawartość w niej wody bardzo spada, staje się nieprzepuszczalna dla wody i powietrza, komórka najczęściej obumiera, ale staje się wytrzymała i odporna na urazy mechaniczne; przykładem są komórki drewna
® modyfikacje na drodze adkrustacji, czyli powlekania ściany dodatkowymi warstwami różnych związków:
kutynizacja i woskowacenie - powleczenie zewnętrznej strony ściany kutyną i (lub) woskiem, substancjami pochodzenia tłuszczowego, powstaje wtedy warstwa zwana kutikulą, charakterystyczna dla komórek skórki nadziemnych części roślin lądowych; kutikula zmniejsza parowanie wody z roślin
suberynizacja (korkowacenie) - powleczenie wewnętrznej strony ściany suberyną, a potem jeszcze jedną warstwą celulozy; tak zmodyfikowana ściana staje się nieprzepuszczalna dla wody, pozostające skorkowaciałe ściany są doskonałą warstwą izolacyjną chroniącą roślinę przed wpływem niekorzystnych warunków środowiska lądowego - korek, tkanka okrywająca roślin.
schemat budowy plazmodesmy i jamki
Chociaż każda komórka jest otoczona własną ścianą, protoplasty sąsiadujących ze sobą komórek nie są całkowicie odizolowane od siebie. W ścianach komórkowych powstają pory przez, które przenikają pasma cytoplazmy wraz z fragmentami ER - są to plazmodesmy. Dzięki temu tkanki roślinne tworzą funkcjonalne i strukturalne kompleksy współpracujących ze sobą komórek.
Inną formą połączenia dwu leżących obok siebie komórek są jamki.






5. Porównanie komórki roślinnej i zwierzęcej.

cecha komórka roślinna komórka zwierzęca
podobieństwa
podobieństwa pomiędzy komórkami roślinną i zwierzęcą wynikają ze wspólnoty organizacji komórkowej:· zbudowane są z takich samych klas związków chemicznych· przeprowadzają te same funkcje życiowe: odżywiają się, oddychają, rozmnażają, poruszają itp.· mają podobny plan budowy i znajdziemy w nich te same organella komórkowe: jądro komórkowe, mitochondrium, ER, aparat Golgiego· w ten sam sposób zapisana jest ich informacja genetyczna i w ten sam sposób przekazywana następnym pokoleniom
różnice
różnice w budowie i funkcjonowaniu komórek roślinnej i zwierzęcej wynikają z odmienności funkcji jakie pełnią te komórki w organizmach
plastydy w komórkach obecne są plastydy (różne ich typy w zależności od funkcji komórki) - chloroplasty odpowiadają za samożywność roślin brak plastydów - organizmy zwierzęce są cudzożywne
wodniczki zwykle jedna duża wodniczka, w której gromadzone są wydaliny i wydzieliny komórki (komórki roślinne nie wydalają substancji na zewnątrz, wyjątek stanowi woda wydalana przez liście w procesie gutacji) dużo drobnych wodniczek w komórce zwierzęcej pełni odmienne funkcje:· wodniczki pokarmowe· wodniczki tętniące
ściana komórkowa sztywna, ochronna struktura zbudowana z celulozy brak ściany komórkowej
centriole brak centrioli (obecne są tylko w komórkach glonów wyższych) występuje para centrioli odpowiedzialnych za organizacje wrzeciona koriokinetycznego podczas podziału komórki
przebieg cytokinezy cytokineza zachodzi dzięki działalności aparatów Golgiego, od środka komórki ku jej brzegom tworzona jest przegroda pierwotna przekształcająca się później w blaszkę środkową przewężenie cytoplazmy prowadzi do rozdzielenia się dwóch nowopowstałych komórek
skład chemiczny komórki te zawierają zwykle więcej wody i dużo cukrowców najwięcej w komórkach zwierzęcych jest białek i tłuszczowców


6. Porównanie komórek Procaryota i Eucaryota.

cecha komórka Procaryota komórka Eucaryota
podobieństwa
podobieństwa pomiędzy komórkami Procaryota i Eucaryota wynikają ze wspólnoty organizacji komórkowej:· zbudowane są z takich samych klas związków chemicznych· przeprowadzają te same funkcje życiowe: odżywiają się, oddychają, rozmnażają, poruszają itp.· mają podobny plan budowy· w ten sam sposób zapisana jest ich informacja genetyczna
różnice
organizmy zbudowane z danego typu komórek bakterie (w tym sinice) pierwotniaki, grzyby, glony, rośliny, zwierzęta
wielkość komórek 1 - 10 mm kilkadziesiąt mm, a niekiedy więcej
aparat jądrowy splątana i koliście zamknięta cząsteczka DNA jądro komórkowe otoczone podwójną błoną jądrową
struktura DNA „naga” cząsteczka DNA, bez białek histonowych DNA, nawinięte na rdzenie histonowe, tworzy chromatynę
DNA cytoplazmatyczny małe, koliste cząsteczki tworzące plazmidy małe koliste cząsteczki DNA w mitochondriach i plastydach
ściana komórkowa obecna u większości komórek, zbudowana z kompleksów białkowo - śluzocukrowych (mukopeptyd)od zewnątrz może być okryta otoczką śluzową różnej grubości w komórkach zwierzęcych nie występuje, obecna w komórkach roślinnych (celuloza) i komórkach grzybów niższych (celuloza) oraz wyższych (chityna)
cytoplazma gęsta, bez cytoszkieletu, nie wykazuje ruchu bardziej płynna, obecny cytoszkielet umożliwiający ruch cytoplazmy, a czasami całej komórki
mitochondria brak, w komórkach oddychających tlenowo ich funkcje spełniają wpuklenia błony komórkowej bogate w enzymy wspomagające oddychanie komórkowe (mezosomy) zwykle obecne - 10 ·w komórkach oddychających tlenowo
plastydy brak, w komórkach samożywnych bakterii zielonych, purpurowych i sinic ich funkcje spełniają wpuklenia błony komórkowej bogate w barwniki fotosyntetyczne (chromatofory lub tylakoidy) występują w komórkach roślinnych przeprowadzających fotosyntezę
reticulum endoplazmatyczne jakiekolwiek formy błoniaste w cytoplazmie nie występują obecne w każdej komórce jako system kanałów, cystern i pęcherzyków
rybosomy pływają swobodnie w cytoplazmie, są to tzw. rybosomy małe związane z reticulum endoplazmatycznym, tzw. rybosomy duże
GERL jakiekolwiek formy błoniaste w cytoplazmie nie występują jest systemem połączonych błon reticulum, aparatu Golgiego i lizosomów
substancje zapasowe w cytoplazmie mogą być obecne: glikogen, skrobia, tłuszcze, białka, wolutyna gromadzone w cytoplazmie komórek zwierzęcych tłuszcze i glikogen, w komórkach roślinnych tłuszcze, białka czy skrobia w leukoplastach, w komórkach grzybów glikogen i tłuszcze, w komórkach glonów zaś substancje zapasowe są bardzo zróżnicowane
podział komórki podział bezpośredni podział pośredni: mitoza lub mejoza


7. Cykl komórkowy.
Każda komórka powstaje z już istniejącej komórki. Nowe komórki powstają więc z podziału innych, tzw. komórek macierzystych. Po powstaniu komórki rosną, zwiększając swoją objętość, a po osiągnięciu pewnych rozmiarów... dzielą się, znowu stając się komórkami macierzystymi. W świecie komórkowym jest możliwy jeszcze inny scenariusz. Osiągając pewne rozmiary komórka przestaje rosnąć, przechodzi modyfikacje umożliwiające spełnianie określonych funkcji, czyli różnicuje się. Zdolność do podziałów może utracić bezpowrotnie (np. komórki mięśni szkieletowych czy erytrocyty) lub w miarę potrzeb odzyskiwać ją (np. komórki nabłonków).
Cykl życiowy komórki, od podziału do podziału, nazywamy cyklem komórkowym. Trwa on, w zależności od typu komórki, od kilku do około 20 godzin. Oczywiście od tej zasady są odstępstwa. Zygoty zwierząt posiadają zdolność szybkich podziałów, mniej więcej co godzinę. Na cykl komórkowy składają się: podział komórki (kariokineza i cytokineza) oraz okres międzypodziałowy - interfaza (faza G1, S i G2).




M

G2
G1




S
G0














8. Przebieg i znaczenie biologiczne mitozy.
Mitoza jest podziałem charakterystycznym dla komórek somatycznych, tzn. komórek budujących ciało danego organizmu. Polega na podziale komórki macierzystej na dwie komórki potomne o identycznej (pod względem jakości i ilości) informacji genetycznej względem komórki macierzystej.
Znaczenie biologiczne mitozy:
Podział komórkowy, w którym powstają komórki identyczne pod względem informacji genetycznej może być wykorzystany:
· w procesie rozmnażania bezpłciowego wegetatywnego, np. podział komórki pierwotniaków
· w fazie wzrostu organizmu, kiedy to w szybkim tempie przybywa nowych komórek
· w procesie regeneracji, gdy organizm uzupełnia ubytki po zniszczonych komórkach komórkami nowymi
„Scenariusz” mitozy:
· kariokineza (podział jądra komórkowego) - podzielona (umownie!) na cztery fazy:
- profazę
- metafazę
- anafazę
- telofazę
· cytokinezę (podział cytoplazmy).

Przebieg mitozy
kariokineza:
profaza:· stają się widoczne chromosomy, które powstały z silnie skręconej chromatyny· chromosomy składają się z dwóch połówek - chromatyd· zanika jąderko· na terenie cytoplazmy organizuje się wrzeciono podziałowe (w komórkach zwierzęcych uczestniczą w tym centriole)· zanika błona jądrowa
metafaza:· uwolnione z jądra komórkowego chromosomy przemieszczają się w rejon równika wrzeciona podziałowego· centromery leżą w płaszczyźnie równika, a w tym miejscu do chromosomów przyczepione są włókna wrzeciona· centromery pękają
anafaza:· włókna wrzeciona kurczą się· chromatydy, czyli od tego momentu chromosomy potomne, wędrują ku biegunom wrzeciona
telofaza:· chromosomy potomne rozkręcają się tworząc znów chromatynę· odtwarzają się jąderka· wokół każdego ze skupień chromatyny odtwarza się błona jądrowa
cytokineza:
podział cytoplazmy, który prowadzi do powstania dwóch komórek potomnych, zaczyna się już pod koniec telofazy; przebiega odmiennie w komórkach roślinnych i zwierzęcych

Spróbuj wyobrazić sobie magazyn, który ma za zadanie zaopatrzyć dwa sklepy w różnych częściach miasta. Właśnie przyszłą nowa dostawa towaru (to replikacja - towar to oczywiście DNA). Towar jest pakowany (profaza - tworzą się chromosomy), porządkowany - gdzie dana partia powędruje (metafaza - chromosomy porządkowane są na równiku wrzeciona podziałowego), transportowany w dwie różne strony miasta (anafaza - transport chromosomów potomnych ku biegunom wrzeciona) i rozpakowywany w każdym z obu sklepów (telofaza - despiralizacja chromosomów w jądrach komórek potomnych).
No cóż, dodajmy, że w świecie komórkowym po tej operacji „magazyn” przestaje istnieć.


9. Mejoza jako redukcyjny podział jądra komórkowego.
Mejoza jest podziałem prowadzącym do redukcji materiału genetycznego w jądrach komórkowych czterech komórek potomnych. Podział ten poprzedza powstawanie gamet (u zwierząt) lub powstawanie zarodników (u roślin, większości glonów i grzybów). W trakcie mejozy diploidalne - 2n - komórki macierzyste ulegają podziałowi na haploidalne - 1n - komórki potomne, gdzie n oznacza liczbę chromosomów.

2n ® 1n
komórki macierzyste gamet (komórki pregeneratywne) ® gamety (komórki generatywne)
komórki macierzyste zarodników (komórki archeosporialne) ® zarodniki (spory)

Znaczenie mejozy:
· Mejoza zapewnia stałą liczbę chromosomów w kolejnych pokoleniach organizmów, które rozmnażają się płciowo. Choć jej miejsce w cyklach życiowych różnych grup organizmów jest odmienne, zapobiega podwajaniu informacji genetycznej w czasie łączenia komórek biorących udział w procesie płciowym.
Gdyby nie następował ten typ podziału przed powstaniem gamet, kolejne pokolenia miałyby zawsze dwa razy więcej chromosomów niż pokolenie rodzicielskie. Człowiek jest organizmem diploidalnym, tzn., że każda komórka somatyczna zawiera po dwa chromosomy danego typu, tzw. chromosomy homologiczne. Takich chromosomów mamy w naszych komórkach 23 pary, czyli w każdej komórce somatycznej są 64 chromosomy.
Wyobraź sobie teraz, że przy powstawaniu gamet nie zaszła mejoza. W czasie zapłodnienia łączyłyby się komórki zawierające po 23 pary chromosomów - powstałaby zygota mająca 64 pary chromosomów, a z niej organizm, który w każdej komórce miałyby właśnie 64 pary chromosomów. W następnym pokoleniu znów nastąpiłoby podwojenie informacji genetycznej - nowopowstały organizm miałby już 128 par chromosomów, następny - 256 itd. Dlatego powstawanie gamet poprzedza redukcja informacji genetycznej i nasze gamety zawierają tylko po jednym chromosomie z danej pary, czyli 23 chromosomy, a nie jak w komórkach somatycznych 64.
· Mejoza prowadzi do zrekombinowania (przemieszania informacji genetycznej) dzięki procesowi crossing - over i losowemu rozejściu się chromosomów w czasie podziału.

„Scenariusz” mejozy:
Mejoza składa się z dwóch podziałów.
I podział - redukcyjny (= mejoza I, = podział heterotypowy)
· kariokineza (poprzedzona replikacją podczas interfazy w fazie S):
- profaza I
- metafaza I
- anafaza I
- telofaza I
· cytokineza - nie zawsze zachodzi pomiędzy podziałami
II podział - typu mitotycznego (= mejoza II, = podział homotypowy)
· kariokineza (nie poprzedza jej replikacja informacji genetycznej):
- profaza II
- metafaza II
- anafaza II
- telofaza II
· cytokineza - prowadzi do powstania czterech odrębnych komórek.


Przebieg mejozy
I podział
kariokineza:
profaza I (jest bardzo długa i dzieli się na pięć stadiów):· chromosomy spiralizują z chromatyny, mają postać długich cienkich nici· chromosomy homologiczne (zawierające informację na ten sam temat, ale niekoniecznie tę samą) łączą się w pary, jest to koniugacja chromosomów; tworzy się biwalent, czyli zespół dwóch chromosomów homologicznych· chromosomy dalej spiralizują, są teraz grube i wyraźnie widać w każdym z nich chromatydy, - tworzy się tetrada, czyli zespół czterech chromatyd, czyli dwa podwojone chromosomy - chromatydy zaplatają się- w miejscu „styku” chromatydy mogą pękać i następuje wtedy wymiana homologicznych odcinków DNA - proces crossing - over, który jest absolutnie losowym zdarzeniem, nie zachodzi we wszystkich chromosomach i nigdy nie wiadomo, w którym miejscu chromosomu nastąpi· zmienione chromosomy rozsuwają się · następuje krótkotrwały spoczynek jądraw trakcie profazy I:· na terenie cytoplazmy tworzy się wrzeciono podziałowe· zanika jąderko· zanika błona jądrowa
metafaza I:· pary chromosomów homologicznych (tetrady) układają się na równiku wrzeciona podziałowego· ponieważ włókna wrzeciona podziałowego przyczepione są tylko do jednej z chromatyd w każdym chromosomie, centromery nie pękną podczas kurczenia się włókien wrzeciona
anafaza I:· ku biegunom wrzeciona wędrują całe chromosomy (zbudowane z dwóch chromatyd) - po jednym z pary homologicznej
telofaza I:· odtwarzają się dwa jądra potomne: powstają jąderka i błona jądrowa, natomiast chromosomy nie rozkręcają się · nowopowstałe jądra komórkowe zawierają połowę chromosomów, ale są one podwojone - składają się z dwóch chromatyd każdy
cytokineza:
podział cytoplazmy jest możliwy, nastąpiłby wtedy podział na dwie komórki, ale nie zawsze zachodzi
II podział
kariokineza (zachodzi równolegle w dwóch komórkach):
profaza II:· chromosomy grubieją· zanika błona jądrowa i jąderko· na terenie cytoplazmy tworzy się wrzeciono podziałowe
metafaza II:· na równiku wrzeciona układają się chromosomy · włókna wrzeciona przyczepiają się do centromerów każdej chromatydy w chromosomie· centromery pękają na skutek kurczenia się włókien wrzeciona
anafaza II:· chromatydy, czyli chromosomy potomne wędrują ku biegunom wrzeciona


telofaza II:· odtwarzane są cztery jądra potomne: chromosomy rozkręcają się do postaci chromatyny, pojawiają się jąderka i błony jądrowe· nowe jądra komórkowe zawierają teraz połowę pojedynczych chromosomów
cytokineza:
podział cytoplazmy zajdzie teraz na pewno

10. Porównanie mitozy i mejozy.

mitoza mejoza
zachodzi w komórkach somatycznych zachodzi w komórkach macierzystych gamet lub zarodników
powstają dwie komórki powstają cztery komórki
komórki potomne nie różnią się informacją genetyczną od siebie i od komórki macierzystej komórki potomne mają o połowę mniej informacji genetycznej, może ona być różna pod względem jakości (crossing - over)
zachodzi podczas rozmnażania bezpłciowego, wzrostu i regeneracji organizmu zachodzi podczas rozmnażania płciowego - powstają gamety lub bezpłciowego - powstają zarodniki
jeden podział dwa podziały
każdy podział przebiega według tego samego „scenariusza” - kariokineza dzieli się na cztery fazy, potem zwykle następuje cytokineza
różnice w przebiegu poszczególnych faz:
mitoza mejoza I mejoza II
profaza
krótka długa, następuje koniugacja chromosomów homologicznych, rekombinacja materiału genetycznego krótka, chromosomy są wyodrębnione po telofazie I
metafaza
na równiku wrzeciona układają się chromosomy złożone z dwóch chromatyd, włókna wrzeciona przyczepiają się do każdej z chromatyd w centromerze;centromery pękają na równiku wrzeciona układają się pary chromosomów, każdy utworzony z dwóch chromatyd, włókna wrzeciona przyczepiają się do jednej z chromatyd w każdym chromosomie;centromery nie pękają na równiku wrzeciona układają się chromosomy złożone z dwóch chromatyd, włókna wrzeciona przyczepiają się do każdej z chromatyd w centromerze;centromery pękają
anafaza
do biegunów wrzeciona rozchodzą się chromatydy, czyli chromosomy potomne do biegunów wrzeciona rozchodzą się całe, podwójne chromosomy, po jednym z pary homologicznej do biegunów wrzeciona rozchodzą się chromatydy, czyli chromosomy potomne
telofaza
powstają dwa jądra potomne o niezmienionej informacji genetycznej, każda komórka ma taką samą liczbę pojedynczych chromosomów jak komórka macierzysta przed replikacją powstają dwa jądra potomne o zmniejszonej o połowę liczbie chromosomów, ale chromosomy są podwójne - składają się z dwóch chromatyd każdy powstają cztery jądra potomne o zmniejszonej o połowę liczbie chromosomów, ale chromosomy są pojedyncze, czyli komórki potomne mają połowę pojedynczych chromosomów w stosunku do komórki macierzystej przed replikacją